Jste zde

TEST: napájecí zdroje TDK-Lambda 24 VDC na DIN lištu

Antonín Vojáček, 14. Prosinec 2015 - 0:00

Dostali se mi do ruky tři různí zástupci spínaných napájecích zdrojů na DIN lištu společnosti TDK-Lambda. Konkrétně typy DSP30-24, DRB15-24 a DRB30-24, které jsem i prakticky vyzkoušel a proměřil.

Každá měřicí, řídicí, ovládací i indikační jednotka nebo zařízení potřebuje ke své činnosti elektrický napájecí zdroj. V průmyslu se pro elektronické systémy ustálilo napájení stejnosměrným napětím 24 VDC, i když většina moderních zařízení dnes obvykle podporuje či akceptuje napětí v rozsahu 10 až 30 VDC. K tomu je potřeba vždy použít napájecí zdroj 230 VAC - 24 VDC. V nabídkách mnoha výrobců dnes existuje prakticky nepřeberné množství různých provedení, lišících se nejen rozměry, způsobem upevnění nebo principem své funkce, ale také teplotní odolností a zatěžovací VA charakteristikou, tedy chováním k připojené zátěži.

Pro průmyslové komponentové systémy založené na rozvaděčových skříních je dnes nejrozšířenější použití plně zapouzdřených spínaných napájecích zdrojů s upevněním na 35 mm DIN lištu. Jejich použití je velmi jednoduché a mechanická i elektrická montáž nenáročná. Spínané zdroje, proti již prakticky se v této oblasti nevyskytujícím lineárním zdrojům s trafem, vykazují výrazně menší rozměry i hmotnost, výrazně větší účinnost (dnes již obvykle přes 80 %), lepší stabilitu napětí na výstupu, i různé mechanismy ochrany proti přetížení či dokonce zkratování. Současný, kvalitní průmyslový napájecí zdroj by prakticky nemělo být možné zničit (samozřejmě vyjma skutečně násilné mechanické destrukce).

V tomto článku se konkrétně budu zabývat současně hned třemi zástupci z nabídky společnosti TDK-Lambda, jejíž výroba i nabídka napájecích zdrojů zahrnuje velmi široké množství různých typů a provedení, lišících se nejen napěťově a výkonově, ale též svými rozměry a kvalitou provedení. Konkrétně jsem podrobil praktickému testu následující typy:

DSP30-24 = nízký spínaný napájecí zdroj 24 VDC / 30 W
DRB30-24-1 = úzký spínaný napájecí zdroj 24 VDC / 30 W
DRB15-24-1 = velmi úzký spínaný napájecí zdroj 24 VDC / 15 W

Všechny tři spojuje stejné napájecí napětí 230 VAC, výstupní napětí 24 VDC, provedení s upevněním na 35 mm DIN lištu a technologie spínaného zdroje. Naopak se vzájemně liší svými rozměry, jeden i výstupním výkonem a jak se dále dozvíte, i průběhem zatěžovací charakteristiky.

Mechanické provedení

Nejen celkové rozměry, ale po podrobnějším prozkoumání i provedení pouzdra odlišuje zde testované tři zdroje. Zatímco řada DSP byla navržena s cílem co nejnižšího pouzdra pro potřeby vestavby do nízkých skříní, řada zdrojů DRB byla naopak vytvořena pro potřeby co nejužšího zástavbového prostoru na DIN liště. To v důsledku určuje nejen provedení pouzdra, ale po jeho sejmutí i na první pohled provedení uspořádání vnitřních elektronických obvodů.

Hlavně je zajímavé porovnat oba 30W zdroje, které mají poskytovat na výstupu stejné napětí i výkon, ale jejich zástavbové požadavky jsou zcela odlišné. Zatímco zdroj DSP30-24 charakterizují celkové rozměry 51x91x56 mm, tedy je poměrně široký z pohledu místa na DIN liště (51 mm), ale dost "placatý" (pouze 56 mm), zdroj DRB30-24-1 s rozměry 21x75x90 mm naopak vyžaduje vysokou skříň (min. 120 mm), ale na DIN liště má šířku téměř jako jeden standardní jistič. Záleží tedy, co ve Vašem systému (skříni) potřebujete více zohlednit.

Porovnání rozměrů zdrojů TDK-Lambda DPS30-24 (vlevo) a DRB30-24 (vpravo).

Stejný na výšku jako DRB30-24 pak je i zdroj DRB15-24, ale je ještě o 3 mm užší (pouze 18x75x90 mm). Toho je dosaženo právě polovičním výkonem (tj. 15 W), kde bylo možné použít menší stabilizační / zálohovací elektrolytický kondenzátor, který fakticky definuje právě šířku zdroje. To je jasně patrné, porovnáte-li vnitřní provedení zdroje po sejmutí modrých plastových krytů, které mimochodem lze sundat u řady DRB velmi snadno, narozdíl od zdroje DSP. V něm je však natěsnáno a poskládáno tak důmyslně, že prakticky skoro bezezbytku je vyplněn celý prostou téměř krychlového objemu a je tedy jen velmi obtížné stlačit 4 západky vzájemně přichytávající svrchní víko a spodní sokl s DIN držákem. Ovládací prvky i indikační LED jsou však upevněny přímo na deskách plošných spojů, ne přímo v plastových krytech, takže lze nakonec s trochou šikovnosti i trpělivosti zdroje DRB i DSP zcela "obnažit".

Porovnání odstrojených napájecích zdrojů TDK-Lambda DPS30-24 (vlevo) a DRB30-24 (vpravo).

Připojovací a ovládací prvky

Všechny zde popisovaní zástupci jsou ve smyslu připojení i ovládání velmi podobní. K připojení napájecího napětí 230 VAC/50Hz i výstupního napětí 24 VDC slouží šroubovací svorky, k přesnému doladění napětí slouží jednootáčkový mechanický potenciometr a k indikaci stabilního výstupu slouží zelená LED dioda.

Rozdíl je jen ve velikosti a počtu svorek a počtu indikačních LED. Zatímco úzké zdroje mají logických důvodů co nejmenší šířky jen jeden pár výstupních +/- svorek, zdroj DSP má díky větší šířce hned 2 páry 24 V svorek. Tím můžete v některých případech ušetřit samostatné 2 svorky na DIN liště pokud potřebujete napětí rozdělit na více vodičů. Navíc svorky u DPS jsou provedením o něco málo větši, a tedy do nich bez problémů zasunete i vodiče či dutinky s průřezem 1,5 mm2, zatímco svorky obou zdrojů DRB jsou spíše vhodné pro vodiče 1,0 mm2, i když při troše trpělivosti lze i 1,5mm2 průřezy ještě také do nich dostat. Další rozdíl je, že na vstupní straně mají zdroje DRB uzemňovací svorky, kterou je nutné připojit, zatímco zdroj DSP nikoliv.

Z pohledu indikace pak má zdroj DSP ještě navíc červenou LED s označením "DC Output low", která se rozsvítí při poklesu výstupního napětí zhruba pod 20 VDC.

Porovnání napájecích zdrojů TDK-Lambda DRB30-24 (vlevo) a DPS30-24 (vpravo).

Elektrické vlastnosti

V datasheetech výrobce k zde uvedeným zdrojům se lze dozvědět poměrně dost informací.

Napájecí zdroj DSP30-24 například může mít rozsah vstupního napětí 90-304 VAC / 47-63 Hz nebo dokonce i stejnosměrné napětí 120 -370 VDC, takže jej lze použít prakticky na všechny napájecí soustavy po celém světě. To je výhodné, pokud vyrábíte stroje do různých končin světa. Z pohledu ochrany pro účinkům elektrického proudu je zdroj vybaven dvojitou izolační ochranou, tj. je bez připojení PE vodiče. Výstupní napětí 24 VDC je možné potenciometrem přesně doladit. Předem mohu napsat, že při troše trpělivosti lze při připojením multimetru opravdu přesně nastavit i přímo hodnotu 24,0 V. Přesnost stabilizace výstupního napětí je udávána +/- 1% při zvlnění do 50 mV. Důležitá je pak informace i ochraně proti přetížení nastavení cca na 160% výkonu, přičemž pracuje v režimu "Fold forward". To znamená, že pokud dojde ke krátkodobému zkratu (nebo přetížení), zdroj zůstane ve stavuvýkonového omezení, tedy nevypne se, pouze omezí svoje výstupní napětí, které se tak s větším zatížením postupně snižuje. Výhodou je, že některá zařízení, kterým stačí malé napětím, se při krátkodobém přetížení zdroje nevypnou. Dále je přítomna přepěťová ochrana nastavená na 30-36 VDC (může se hodit např. při napájení zátěží s indukčním charakterem). Provozní teplota je -25°C až +70°C a účinnost zdroje cca 83 %.

Porovnání desek plošných spojů zdrojů TDK-Lambda - zleva: DRB15-24, DRB30-24 a DSP30-24.

Napájecí zdroje DRB30-24 a DRB15-24 mají podobný vstupní napájecí rozsah jako zdroj DSP, konkrétně 85-267 VAC/47-63 Hz a 120 - 373 VDC. Výstup 24 VDC pak má poskytovat proud až 0,63 A u 15W typu DRB15-24 a až 1,25 A u 30W typu DRB30-24. V datasheetu je pak uváděno, že účinnost zdrojů je 90%. Výstupní ochrana proti přetížení je typu "Hiccup with auto recovery", tedy se v případě zkratu výstup zdroje na chvilku odpojí, ale poté se znovu na okamžik zapne na provozní stav, měří zkratový proud zda zkrat stále trvá, a tak stále dokola. Pokud se přetížení / zkrat odstraní, zdroj opět naběhne do standardního provozu. Při jakém proudu ochrana začne konkrétně reagovat však není uvedeno. Přepěťová ochrana je nastavena na cca 120 až 140%, tedy na napětí cca 29 až 33 VDC. Dovolený provozní teplotní rozsah je také -20°C až +70°C.

Naměřená zatěžovací charakteristika

V rámce testu a svého vybavení jsem se pokusil změřit a porovnat základní zatěžovací VA charakteristiky všech tří zde uvedených napájecích zdrojů. Nejdříve jsem u všech zdrojů v režimu bez zatížení (naprázdno) nastavil regulačními otočnými potenciometry prostřednictvím připojeného multimetru napětí 24,0 VDC a následně výstupy zdrojů zatěžoval čistě odporovou zátěží. Stručný souhrn výsledků je v následující tabulce:

Výsledky zatěžovacího testu zdrojů TDK-Lambda DSP30-24, DRB30-24 a DRB15-24.

I když by se na první pohled mohlo zdát divné porovnávat zdroje 15 W a 30 W, z výsledků uvedených v tabulce vyplývají zajímavé skutečnosti. Z uvedeného je patrné, že 15 W zdroj DRB15-24 nejen ve výsledku dokázal dodávat až téměř 3x větší proud než u něj výrobcem udávaných 0,63 A, ale v porovnání se zdrojem DSP30-24 vykazoval prakticky až do omezovacího/blokovacího režimu lepší stabilizaci napětí než 2x výkonnější zdroj DSP30-24. Z pohledu stability napětí je pak jasný vítěz zdroj DRB30-24. Ten až do blokovacího hiccup režimu, skokově nastupující při zátěží cca 2,1 A, poskytoval téměř neměnné pevné napětí a tedy v jeho případě jde o velmi tvrdý zdroj.

Naopak v oblasti napěťové stabilizace byly trošku zklamáním výsledky zdroje DSP30-24. Tomu začalo napětí klesat již v dávno před dosažením jmenovitého zatížení 30W, tedy proudem cca 1,25 A. V jeho prospěch však hovoří jiný systém funkce, kdy v režimu "Fold forward" nedochází ke skokovému výpadku napájení, jako u zdrojů DRB, ale s rostoucím zatížením jen poměrně pozvolnému poklesu. Pokud tedy jsou na tento zdroj napojeny komponenty, kterým nevadí větší rozptyl napájecího napětí (např. tolerují rozmezí 10-30VDC), nezpůsobí ani krátkodobé velké proudové zatížení přes 2,0 A u jedné z nich výpadek funkce ostatních, čímž nedojde ani k přerušení funkce stroje.

Závěr

V testu tří různých zdrojů stejného výrobce TDK-Lambda, jsem se pokusil krátce porovnat jejich základní vlastnosti a tak vyhodnotit jejich použitelnost v průmyslových systémech. Všechny tři zdroje mají svá pro a proti a záleží tedy na požadavcích konkrétní aplikace.

Pokud máte k dispozici jen malou zástavbovou hloubku skříně a napájené komponenty mají širokou tolerancí úrovně napětí, kde výkyv i několika voltů není pro ně žádný problém, je jasným vítězem zdroj řady DSP. Navíc konkrétně typ DSP30-24 využívám ve zařízeních více jak 2 roky bez jakýchkoliv problémů po stránce spolehlivosti. Pokud potřebujeme ušetřit co nejvíce místa na DIN liště nebo je potřeba napájet zařízení vyžadující velmi přesně udržované napětí 24VDC (např. nějakou přesnou měřící jednotku), je dobré zvolit zdroje DRB.

Kompletní sortiment napájecích zdrojů TDK-Lambda v ČR prodává i v jednotkovém množství brněnská společnost AMTEK s.r.o.